CN101641177A - 用于测量保护气体的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过分析从焊炬(10)的气体喷嘴(27)逸出的保护气体(8)来测量电弧焊工艺中使用的保护气体(8)的装置和方法，其中在外部测量设备(30)中布置有至少一个传感器(31)，用于分析保护气体。为了对所述保护气体(8)的保护效果进行快速、精确和实际的测量以及相应的有效评估，为了对所述保护气体进行分析，将所述至少一个传感器(31)布置在外部测量设备(30)中，并且定位在离开所述焊炬(10)一定距离(38)处，所述距离(38)基本上等于所述焊炬(10)与焊接工艺中的工件(16)之间的距离(38)，由此能够模拟实际焊接工艺的保护气体(8)的逸出和效果，并且所述至少一个传感器(31)连接至评估单元(32)，并且所述至少一个传感器(31)经由所述评估单元(32)连接至焊接设备(1)。

Description

用于测量保护气体的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过分析从焊炬的气体喷嘴逸出的保护气体来测量电弧焊工艺中使用的保护气体的装置，其中在外部测量设备中布置有至少一个传感器，用于分析保护气体。

另外，本发明还涉及一种用于通过分析从焊炬的气体喷嘴逸出的保护气体来测量电弧焊工艺中使用的保护气体的方法。

背景技术

从现有技术中已知有几篇文献描述了对保护气体的测量。

例如，DD251305A1描述了针对保护气体对焊接工艺的电弧的保护作用进行的测量，其中测量结果能够稳定焊接工艺且保证质量。这里，不利之处是，没有对保护气体的性能进行精确地分析，因为保护气体的条件是通过测量电流/电压值在参数偏差的基础上确定的。

还可以借助颜色指示器来测量保护气体，如DD239744A1中所描述的。这里，颜色指示器根据保护气体中的氧气部分来改变它的颜色。这里，不利之处是，需要花费相对大量的时间才能够得到测量结果。同样，在每次测量之后，必须更换颜色指示器。

DE2601251A1描述了通过测量一氧化氮(NO)的浓度从而对电弧气氛的保护效果进行测量。为了进行分析，借助抽吸泵从设置在喷嘴周围的气氛中抽出气体。这种抽吸泵和相应的组件妨碍接近焊炬。不利之处还包括，这种测量方法增加气体消耗，因此增加成本。另外，只能检测气体保护区域周围的电弧所产生的NO浓度，这就是这种测量方法仅仅具有非常低的信息价值的原因。导致这种情况的原因是，NO的浓度大小取决于几个焊接参数，例如，电弧长度、焊接电流，等等，然而在测量中并不考虑这些参数。

JP9076062A描述了一种焊接方法，在该方法中，对焊缝附近的氧气浓度进行测量，以避免出现焊接缺陷。通过在待焊接的管之间插入环并且通过将用于测量惰性气体中的氧气浓度的传感器插入所述环中的径向孔内，可以将该方法用于管焊接。

发明内容

本发明的目的是提供对于保护气体的保护效果的快速、精确和实际的检测以及相应的有效评估。应当避免或至少减少现有技术的不利之处。

本发明的目的是通过以下方式实现的：将至少一个传感器定位在与焊炬一定距离处，所述距离基本上等于焊炬与焊接工艺中的工件之间的距离，从而能够模拟实际焊接工艺中的保护气体的逸出和作用，并且将至少一个传感器连接至评估单元，并且经由所述评估单元将至少一个传感器连接至焊接设备。这导致得到非常现实的测量结果，用于进一步的使用。有利之处还在于，测量装置不经历焊接过程，这就是测量装置出现杂质和/或受损的风险非常低的原因。正是由于将至少一个传感器连接至评估单元，并且经由所述评估单元将至少一个传感器连接至焊接设备，测量结果使得气体性能能够最优地适应随后的焊接工艺。同样，能够调整气体的供应量使其适于主要条件，从而能够获得必需的保护气体的精确量。这样还能够降低气体的成本。

至少一个传感器被有利地设计用于测量保护气体的至少一个气体性能。这样能够得到关于预期的焊缝质量的结论。

在本文中，可以由氧气传感器形成至少一个传感器。

如果将测量设备与具有清洁单元的、用于测量保护气体的至少一个传感器组合在一起，其中所述清洁单元是用于清洁焊炬的易损部件的，则在焊接中断期间只需要激活一个工作站，从而节省了时间。

将至少一个传感器以可改变位置的方式布置在测量设备中也同样是有利的，因为这样能够相应于工件来模拟不同的焊缝位置或者能够复制传感器处的工件轮廓(空心焊缝、凸形焊缝、垂直焊缝、仰焊焊缝，等等)。这样使得能够与实际焊接进行更精确的对比。

如果设置用于容纳至少一个传感器的单元，则能够以更简单的方式自动地实现对保护气体的测量，从而能够得到更精确的测量结果。这样就能够考虑在焊缝区域中的外部影响，例如通风或者组件必需的气流公差。

关于这一点，焊炬能够优选容纳所述容纳单元，并且沿着真实工件的轮廓进行对保护气体的测量。

如果所述容纳单元具有用于存储测量结果的存储器，并且在将所述容纳单元放回到测量设备中时所述存储器连接至评估单元，则能够自动地将测量结果传送到评估单元。

这也可以通过包含在所述容纳单元内的、用于将测量值无线传送至评估单元的无线电模块来实现。

根据本发明的另一个特征，调整所述容纳单元使其适应焊炬与焊接工艺的工件之间的距离。

如果在至少一个传感器周围设置用于引导压缩空气的优选是环形的装置，则能够借助压缩空气自动地清洁所述传感器。这样就能够实现简单且快速的测量整个保护气体气氛特别是其边缘区域的气体性能的方法。

为此目的，用于引导压缩空气的装置具有压缩空气室，其设有用于引导压缩空气的连接件。

如果用于引导压缩空气的高压空气装置具有活动环，其中所述活动环具有排出口，压缩空气在限定的压力下通过所述排出口从压缩空气室中逸出，进入至少一个传感器的方向，则即使焊炬被固定安装在例如焊炬滑座上且被阻止不能进行旋转运动，也能够测量保护气体气氛的边缘区域。

通过在至少一个传感器的周围设置至少一个抽吸孔，其中所述抽吸孔连接至用于抽吸保护气体的装置，实现了在传感器的直接环境中不会存留任何残余气体的目的，这些残余气体会导致测量结果出错。

如果在测量装置上设有用于至少一个传感器的盖子，则能够保护传感器不被杂质污染并且能够避免杂质对测量结果造成的影响。

而且，本发明的目的是通过上述方法实现的，其中，焊炬定位在外部测量设备的上方，所述外部测量设备具有用于分析保护气体的至少一个传感器，并且其中，选择焊炬与至少一个传感器之间的距离，使得其基本上等于焊炬与焊接工艺中的工件之间的距离，并且其中，为了进行分析，使保护气体从气体喷嘴逸出，如同在焊接工艺中那样，并且其中，使用至少一个传感器测量保护气体的效果并且在连接至传感器的评估单元中进行评估。在本文中，有利之处是，模拟了实际焊接工艺的保护气体的逸出和效果。这导致得到非常现实的测量结果，所述测量结果能够非常快速地被评估单元评估并且能够提供给例如焊接设备，用于进一步的使用。

如果通过借助至少一个传感器测量保护气体的至少一个气体性能来检测保护气体气氛中心的保护气体的效果，则在保护气体气氛中的电弧与工件的接触点进行所述测量。

在本文中，传感器的中心点可以定位在焊炬的延长轴线上和/或定位在在焊炬中延伸的焊丝上，用于测量气体性能。

根据本发明的另一个特征，通过借助至少一个传感器测量保护气体的至少一个气体性能来检测保护气体气氛的边缘区域中的保护气体的效果。这样能够确定浓度分布。同样，能够检测部分杂质，所述杂质可能与各个焊接工艺(焊接方向、焊接位置)相关或不相关。

为了测量气体性能，可以借助压缩空气以限定的方式置换保护气体气氛，从而保护气体气氛的边缘区域将通过至少一个传感器被置换。

关于这一点，可以使压缩空气从排出口逸出，且能够逐步增大压力。

逸出的压缩空气还能够围绕保护气体气氛旋转，使得保护气体气氛的整个部分基本上通过至少一个传感器被置换。

焊炬还能够以基本上环形的方式围绕传感器运动，其中环形运动的中心点由传感器的位置形成。

关于这一点，可以使用具有不同半径的焊炬实现围绕传感器的几种环形运动。

择一地或额外地，焊炬可以以基本上十字交叉的方式绕传感器运动，其中十字交叉运动的中心点由传感器形成。

如果使用传感器测量若干气体性能，则仅需要在一个位置进行测量，因此能够实现快速测量。

相反地，使用用于测量保护气体的每种性能的单独的传感器能够得到更精确的测量结果，因为单独的传感器能够更精确地适应待测量的气体性能。

关于这一点，传感器可以由氧气传感器形成。

通过在限定数目的焊接接缝之后对气体性能进行测量，实现了在焊接工艺之间进行的周期测量不影响焊接工艺的目的。

同样，可以在清洁焊炬的易损部件之后进行测量，从而能够实现控制和/或能够使气体性能适应接下来的焊接工艺。同样，在开始进行接下来的焊接工艺之前已经分析了保护气体效果的质量。

而且，可以在清洁焊炬的易损部件之前和之后进行测量，这样能够分析清洁效果。因此，将任选进行第二清洁工艺和/或将指示更换气体喷嘴。

根据本发明的另一个特征，将当前检测的气体性能与在评估单元的存储器中以存储的、适于焊接工艺的参考值形式存在的那些气体性能相比较。这样能够检查用于焊接设备的保护气体的设定参数。

如果基于焊炬位置之间的相互关系、测量的保护气体效果以及相应的参考值来控制焊炬的起始点，即所谓的工具中心点，则始终能够获得精确的焊缝位置。

有利的是，在评估单元和焊接设备之间进行数据交换，从而允许基于在测量后立即(即在接下来的焊接工艺之前)得到的测量结果而改变气体性能。

如果在每次测量后将检测到的气体性能存储在评估单元中从而允许进行趋势分析，则能够提供关于何时必须更换焊接部件例如气体喷嘴的具体信息。这样还能够分析易损部件仍然能够有效使用直至何种磨损状态。

如果焊炬容纳连接至至少一个传感器的容纳单元，且在焊炬与焊接工艺的工件之间的距离中沿真实工件轮廓前进，则能够考虑在焊缝区域中的外部影响，例如通风或者组件必需的气流公差。

有利的是，以焊接工艺中的合适速率沿工件轮廓前进。这非常相似于焊接工艺期间的条件。

如果将保护气体的测量结果存储在容纳单元的存储器中，并且，如果在将容纳单元放回到测量设置中时将测量结果从存储器自动地传送至评估单元，或者如果将测量结果经由布置在容纳单元内的无线电模块传送至评估单元，则评估单元的测量结果基本上是可以立即获得的。

有利的是，从来自评估单元的结果自动地得出关于所进行的焊接工艺的质量的结论，并且对气体性能的质量进行控制，用于随后的焊接工艺。这里有利的是，在测量设备中测量气体性能具有实际倾向性，这种测量能够保证针对焊缝以高质量对气体性能进行分析。因此，能够保证精确的质量。同样，有利的是，对与焊接的质量直接相关的这些性能的分析与对气体性能的评估一起进行。同样，有利的是，能够基于气体性能分析焊接部件的状态，并且能够以非常少的保护气体消耗量对气体性能进行测量。另外，有利的是，将不会超过保护气体的组成的临界值。

关于这一点，测量并且评估气体性能，例如，氧气部分、氮气部分、二氧化碳部分、气体温度、逸出速率、湿度、气压、气体密度、质量流量和/或体积流量，等等。这就是能够快速获得结果并且能够快速得出有关焊缝质量的结论的原因。

有利的是，通过测量和评估保护气体的氧气部分，自动地得到有关气体喷嘴中的杂质的结论。这样能够检测污染程度，而无需使用复杂的光学方法。因此，只会在确实必需时才更换和/或清洁易损部件。

而且，通过测量和评估至少是保护气体的气压和速率，能够自动地得出关于更换易损部件后使用正确的气体喷嘴的结论。这确保了始终相同的质量。

而且，通过测量保护气体的温度，自动地得出有关焊炬的冷却回路的作用的结论。这样能够保护焊炬不至于过热。

如果通过测量保护气体的温度自动地得出有关软管封装和焊炬的温度的结论，则能够保护焊炬和软管封装在焊接工艺开始时不至于具有过高的温度。这对于易损部件来说也是非常温和的。

通过测量保护气体的湿度从而自动地得出有关待焊接焊缝中的孔以及已焊接焊缝的结论，能够分析是否已经形成了孔或者是否孔的形成在公差极限内。孔的形成对于焊缝而言是其中一个质量特性。

最后，通过测量保护气体组分的质量流量，能够自动地得出有关保护气体的缺陷组分的结论。这样能够检测气体的损失并且能够降低成本。

附图说明

下面将参考示意性附图对本发明进行更为详细的解释。其中：

图1示出了焊接设备或者焊接装置的示意图；

图2示出了具有本发明的测量装置的清洁单元的立体图；

图3示出了用于测量保护气体的焊炬的定位；

图4示出了具有本发明的测量装置的高压气体引导器的清洁单元的立体图；

图5详细示出了高压气体引导器；以及

图6示出了用于测量保护气体的焊炬在高压气体引导器中的定位。

具体实施方式

首先指出，在具体实施方式中，相同的部件使用相同的附图标记来表示。

图1示出了焊接设备1或者焊接装置，用于各种焊接的工艺或方法，例如，MIG/MAG焊接或者WIG/TIG焊接方法、电极焊接方法、双丝/串列焊接方法、等离子焊接或者钎焊方法，等等。

焊接设备1包括电源2，电源2包括动力元件3、控制装置4和开关元件5，开关元件5分别与动力元件3和/或控制装置4相关联。所述开关元件5和/或控制装置4与控制阀6连接，控制阀6布置在用于气体8的供应线7上，位于气体储存器9和焊炬10或者燃烧器之间，所述气体8特别地是保护气体，例如CO₂、氦气或者氩气等。

另外，送丝装置11可以进一步经由控制装置4激活，所述送丝装置对于MIG/MAG焊接是常用的，其中额外的材料或焊丝13从馈送鼓轮14或者焊丝卷经由供应线12供应到焊炬10的区域。当然，正如现有技术中已知的，可以将送丝装置11集成在焊接设备1中，特别是集成在焊接设备1的基础壳体内，而不是将送丝装置11设计成附属装置，如图1所示。

也可以用送丝装置11将焊丝13和/或额外的材料送出焊炬10之外，到达加工位点，送到焊炬10中布置有非自耗电极的那一端，这是WIG/TIG焊接中的常见情况。

用来在非自耗电极(未示出)和工件16之间建立电弧15特别是用于焊接的电弧的电力从电源2的动力元件3经由焊接线17供应到焊炬10，特别是供应到电极，其中所述的由几个部件形成的待焊接工件16也经由另外的焊接线18连接到焊接设备1，特别是连接到电源2，这样，可以经由电弧15或形成的等离子流建立用于焊接工艺的电路。

为了冷却焊炬10，可以经由内置的流量控制器20通过冷却回路19将焊炬10连接到储液器，特别是储水器21，由此，当焊炬10工作时，冷却回路19特别是用于储水器21所容纳的液体的液体泵被起动，从而可以对焊炬10进行冷却。

焊接设备1还包括输入和/或输出装置22，能够经由所述装置来设定和调用焊接设备1的大多数不同的焊接参数、操作模式或者焊接程序。在这种情况下，经由输入和/或输出装置22设定的焊接参数、操作模式或者焊接程序可以传递到控制装置4，进而，控制装置4然后激活焊接装置或者焊接设备1的各个组件，并且预先限定所需的对照值。

此外，在图示的示例性实施方案中，焊炬10经由软管封装23还与焊接设备1或者焊接装置连接。在软管封装23中，布置有从焊接设备1到焊炬10的各个线路。软管封装23经由耦合装置24与焊炬10连接，而软管封装23内布置的各个线路经由凹连接件和/或插入式连接件与焊接设备1的各个触点连接。为了保证软管封装23具有适当的应变缓解作用，所述软管封装23经由应变缓解装置25与壳体26连接，特别是与焊接设备1的基础壳体连接。当然，可以使用耦合装置24将软管封装23连接到焊接设备1。

基本上，必须说明，并不是必须使用或采用上述的全部组件分别用于不同的焊接方法或者焊接设备1，诸如例如WIG装置或MIG/MAG装置或等离子装置。关于这一点，例如，也可以将焊炬10设计为空气冷却焊炬10。

而且，焊炬10包括封装有电极13的气体喷嘴27，在焊接工艺期间，保护气体8连续地从所述气体喷嘴27逸出。这就是在电弧15周围永久性地提供保护气体气氛28使得能够保护电弧15和工件16的熔融金属区域远离外部气氛29的原因。这允许焊接工艺期间空气中的氧气和/或环境空气远离焊缝，从而保护电弧15下方的液体金属并不被氧化，氧化将会导致焊缝弱化。因此，保护气体焊接工艺的结果是，得到具有非常高质量的焊缝。为此目的，使用者或焊工通常仅仅定量地且根据这些经验调节保护气体8的逸出量，或者根据手册上的说明书进行调节，从而为电弧15提供足够好的保护气体气氛28。电弧15和熔融金属区域被保护远离外部气氛29的程度根据保护气体的逸出量、保护气体8逸出的状态和方式和/或保护气体从气体喷嘴27逸出时保护气体的分布而变化。在实践中，保护气体8的分布常常受到粘着在气体喷嘴27内部的焊渣或受到污物的影响，因为这些焊渣或污物会导致更多的环境空气进入保护气体气氛28，从而导致焊缝质量劣化。这就是测量保护气体8的氧气部分对于焊接工艺的质量而言有利的原因。

根据本发明，经由布置在测量设备30中的至少一个传感器31测量保护气体。为此目的，传感器31可以设计成使得其能够检测保护气体8的性能，例如氧气部分，然后将所述性能传送至相应的评估单元32，用于评估。

根据图2，优选将测量设备30集成到外部清洁单元33中，从而能够将至少一个传感器31也布置在外部清洁单元33中。清洁单元33也可以由用于焊炬10的维护工作站等形成，或者可以集成在所述可维护的工作站中。这一组合能够缩短所谓的维护间隔所需的焊接中断时间，因为仅仅需要激活一个工作站，例如通过机器人进行激活。

清洁单元33用于清洁焊炬10，其中主要是对焊炬10的易损部件，特别是气体喷嘴27进行清洁。清洁单元33可以具有用于容纳清洁液体的浴槽35，将焊炬10浸没在浴槽35中从而冷却粘着的金属渣。除了液体浴槽35以外，还可以布置再填充容器34，可以经由所述再填充容器35，向浴槽35供应液体。在浴槽35后面定位有具有孔37的线圈36。在将焊炬10浸没在浴槽35中之后，将焊炬10放置在线圈36的孔37中。在向线圈36提供电流之后，以非接触方式除去焊炬10上的金属渣。杂质掉落到设置在线圈36下方的垃圾箱(未示出)中。由于这种清洁单元33是现有技术中已知的，因此不再对其进行更详细的描述。

根据本发明，向清洁单元33增加用于测量保护气体8的性能的至少一个传感器31，所述性能例如是空气夹带、温度、流速、压力、湿度或保护气体的一般组成。这里有利的是，除了以任何方式循环进行焊炬和/或喷嘴的清洁以外，还能够测量保护气体8的性能。这种测量优选能够确定预期接下来的焊缝具有何种焊缝质量以及确定已经焊接的焊缝具有何种质量。这些测量和/或清洁例如是在限定数目例如10至40个焊缝之后且在焊丝的限定消耗量例如50至100米等等之后进行的。因此，这将称为所谓的离线保护气体测量。然而，由于测量和/或清洁都是在工艺循环内进行的，因此事实上可以称之为所谓的在线保护气体测量。额外需要的测量时间为2至10秒，这主要取决于每个测量过程中需要测量的保护气体的性能的数目。为了实现测量基本上相应于焊接工艺中的主要条件，焊炬10基本上布置在传感器31上方，从而传感器31和焊炬10之间的距离38相应于工件16和焊炬10之间的距离，如图3所示。为此目的，将焊炬10基本上垂直于传感器31定位，其中焊丝13严格地布置在传感器31的中心点上方。这样能够确保焊接工艺期间在电弧15接触工件16的确切时刻传感器测量保护气体8的性能。这是通过使测量设备30的表面39与传感器31形成一个平面而实现的。而且，严格地使一定量的气体从气体喷嘴27逸出，用于进行已经用于最后焊接的焊缝和/或将用于接下来的焊缝的测量。这样能够精确地检查所使用的焊炬10和/或气体喷嘴27是否已经为电弧15提供保护气体的所需保护效果和/或在接下来的焊缝中是否会出现这样的情况。为此目的，当然应当合适地对传感器31进行校准。

优选在清洁焊炬之前对保护气体气氛28中的氧气部分进行测量，从而使得仅在需要时才进行非常耗时的清洁。为此目的，可以使用商业上可获得的氧气传感器，例如，用于测量保护气体8中的空气夹带和/或氧气部分。如果评估单元32基于测量结果检测到过多的氧气部分，并且因此没有提供必需的保护效果，则优选如上所述对气体喷嘴27进行清洁。所述清洁是必需的，因为由于粘着的焊渣导致气体喷嘴27中的逸出气流中出现湍流，使得空气中的氧气进入保护气体气氛28。因此，清洁期间将粘着在气体喷嘴27内部的焊渣和/或位于气体喷嘴27末端的溅射环剥离，使得焊渣和/或溅射环不再在逸出的气体8中产生任何湍流。这意味着不会有更多的氧气进入保护气体气氛28，这就是对电弧15的保护效果以及因此得到的焊缝质量再次满足要求的原因。清洁后，例如，可以对氧气部分再一次进行测量，从而使得能够分析清洁结果。对于满意的结果，可以没有任何限制地实施接下来的焊接工艺。然而，对于不能满足要求的清洁结果，可以再一次进行清洁，并且进行后续的对照测量。清洁和后续的对照测量之间的交替可以进行例如限定次数。然而，如果这种交替没有产生令人满意的结果，则必须人工更换气体喷嘴27。对于自动焊接系统，导致上述情况的原因也可能是移位的工具中心点，下面将对此进行更详细的描述。因此，测量保护气体气氛28中的氧气部分能够得出有关气体喷嘴27的污染程度的结论。

除了测量氧气部分，传感器31还能够测量气体8的温度、逸出速率、湿度、压力、密度、质量流量和/或体积流量、组分的质量部分，等等。通常，对保护气体进行的测量，能够得出有关焊缝质量的结论，并且用于预测焊缝质量。焊缝质量取决于若干因素，例如对焊炬10的冷却或者保护气体8的供应。这些各个因素对焊缝质量的影响能够通过测量保护气体的各个性能来予以控制。

对保护气体的温度进行测量，能够得出有关对焊炬10的冷却效果的结论。在测得的保护气体温度过高的情况下，表明未能提供所需的冷却效果，这就是不能或不应当进行进一步的焊接工艺的原因。由于这一控制，还能够对所有组件(泵、管线，等等)的功能进行检查。优选地，焊工被告知缺陷或者缺陷合适地显示在输入和/或输出设备22上，从而能够校正冷却电路中的缺陷，其中，任选地，进一步的测量可能对于发现缺陷是必需的。

同样，测量到的保护气体8中的湿度能够得出有关焊缝内的孔的数目或频率的结论。为此目的，优选在评估单元32或焊接设备的控制设备4中存储相应的参考值，从而使得能够分析测得的湿度是否满足要求和是否是可以接受的。

对逸出速率和/或速率分布进行测量，能够得出有关分配孔的状态的结论，所述分配孔在保护气体8进入气体喷嘴27时对保护气体8进行分配。导致逸出速率发生变化的原因经常是粘着在气体喷嘴27内部的焊渣或者其他杂质，它们会影响对电弧15的保护效果。

对保护气体的各个性能进行测量同样能够检查焊炬10上的气体喷嘴27是否适于特定的用途或者所使用的气体喷嘴27是否在焊接工艺期间例如由于碰撞而损坏或已经损坏。对上述情况的检测优选基于对至少气体压力和气体速率的测量结果而进行，气体压力和气体速率能够直接指示保护气体8从气体喷嘴27的逸出性质。这对于不同的焊缝位置是非常重要的，因为气体喷嘴27的几何形状，例如直径和长度，决定了电弧15所需的保护效果。

对保护气体的性能进行的测量同样能够以简单的方式测量保护气体8的组成。因此，能够检查对于已经焊接的焊缝是否已经使用了必需的保护气体8的组成和/或对于接下来的焊缝是否要使用必需的保护气体8的组成。因此，也能够测量相关气体的保护效果，所述相关气体例如是，二氧化碳、氮气、氩气、氦气，等等。

保护气体气氛28还实现了保护电弧15的直接环境不受环境空气污染的功能，从而防止熔融浴发生氧化。由于这个原因，当气体从气体喷嘴27逸出时，保护气体8的分布，即，逸出性质，也是重要的。

前面已经描述了在电弧15与工件16的接触位点如何测量气体的性能。以下可行方案也能够用于测量，例如保护气氛28的外部区域和/或边缘区域的氧气部分：

例如，可以设置若干传感器31，使得能够一次测量所有的保护气体气氛28。然而，围绕一个传感器31的特定运动是借助安装在机器人上的焊炬10进行的。所述运动可以是，例如在传感器31处重叠的竖直和水平运动，或者环形运动和/或沿着围绕传感器31的曲线的运动。在本文中，例如，传感器31形成圆环的中心点，其中在每次完整的绕传感器31的环形运动之后，半径将会扩大，直至检测整个保护气氛28中的气体性能。

另一种测量保护气体气氛28的边缘区域的可行方案来自压缩空气引导器42的使用，如图4至图6所示。所述引导器具有以下作用：基本上保护气体气氛28能够被压缩空气43特定地置换，从而使得传感器31能够固定地设置在测量设备30内，以测量保护气体气氛28的边缘区域的作用。因此，不能进行任何环形运动例如所谓的焊炬滑动的焊炬10和/或气体喷嘴27能够优选测量保护气体气氛28的边缘区域。为此目的，由环形外壳44、压缩空气室45和具有排出口47的活动环46形成压缩空气引导器42。将压缩空气43经由合适的连接件48供应至压缩空气室45中，压缩空气室45被外壳44限定在外部且被活动环46限定在内部，从而提供限定的压力。然后，压缩空气43在限定的压力下流经排出口47，从而相应地置换保护气体气氛28。优选地，通过集成在排出口47中的阀门来控制压缩空气43的逸出。例如，为了能够在保护气体气氛28中形成氧气分布，以可旋转的方式设置活动环46。这就是排出口47围绕保护气体气氛28旋转从而能够通过固定安装的传感器31来检测保护气体气氛28的每个区域中的氧气部分的原因。在本文中，需要逐步增大压缩空气室45中的压力，从而使保护气体气氛28的边缘区域逐渐地通过传感器31被置换。优选借助马达(未示出)来实现活动环46的旋转。因此，可以精确地调整活动环46和/或排出口47的旋转速率使其适于压缩空气43的逸出压力，其中逸出压力反过来取决于气体8的逸出速率。优选地，根据焊炬10和/或气体喷嘴27的类型，将这些相互关系存储在评估单元32中。

借助这些措施，能够在整个表面上测量气体性能，所述整个表面是在保护气体气氛28与工件16接触时产生的，因此形成了用于焊缝的熔融浴的保护区域。例如，这样还能够检测仅部分地存在于气体喷嘴27中的杂质。这就是只能够通过引入例如氧气分布的特征才能检测这些杂质的原因。对于针对保护气氛28中的氧气浓度进行平均值测量的情况，检测部分杂质几乎是不可能的。

不用赘言，将所有测量结果存储在评估单元32或控制设备4中，从而能够获得保护气体气氛28的数值、分布和特征，用于后面的比较。也可以存储用于所有保护气体性能的参考值，从而能够进行直接的测量检查。存储这些数据还能够进行所谓的趋势分析。这意味着观察保护气体气氛28的变化，伴随着气体喷嘴27的使用时间的延长。基于这些结果，可以通过保护气氛28的效果来优化对焊炬10和/或气体喷嘴27的清洁周期。这就是说，可以使用清洁的气体喷嘴27焊接的焊缝的数量例如从约10个增加到15个。

同样，还直接考虑测量结果用于设置焊接参数，例如通过比较保护气体8的组成和在焊接设备1上设置的组成。这样还能够调整气体流速、逸出速率，等等，使它们适于设定值和/或将气体流速、逸出速率等参数校正至设定值。使用新的易损部件例如气体喷嘴27、导电管40等等是特别有利的。因此，能够提前检测保护气氛28中的缺陷和能够从测量结果推论出来的缺陷，并且予以补救，使得焊缝质量不会变差。

为了能够测量保护气体的各种性能，在实践中基本上使用若干传感器31。这就是说，基本上借助一个接一个的传感器来测量各个气体性能。例如，这通过在测量保护气体性能之后自动更换的传感器31来实现。为此目的，例如，将5个传感器31固定在轮子(未示出)上，所述轮子进行旋转运动来使各个传感器31产生运动，从而使得所述传感器31能够定位在电弧15的接触位点。

一次检测若干测量值的另一种可行方案是，在测量设备30的表面39的下方的空腔中设置所需的传感器31。优选设置所述空腔代替传感器31，如图3所示，其中所述空腔具有一个或多个沿电弧15的接触位点的方向取向的开孔。经由这些开孔，接触气体8到达各个传感器31，然后所述传感器31测量保护气体的各个性能。

不用赘言，对保护气体的各个性能(氧气部分、温度、湿度、压力，等等)的测量可以替代性地使用单个传感器31来实现，所述传感器能够一次检测保护气体的所有性能。

为了获得用于模拟焊缝位置的精确的测量结果，所述测量设备30可以包括，例如，活动部件。可以以优选自动的方式使这些部件进行运动，从而能够确定待模拟的焊缝位置，例如角焊缝。不用赘言，也可以使所述传感器31以与这些部件相应的方式进行运动，从而使得传感器31精确地定位在电极13和/或焊丝13的延长轴线41上。上述测量中也出现这样的情况。但是，由于如果使焊炬10基本上垂直于表面39而定位则在测量结果中只存在很小的偏差，因此，这种方法是用于实践中的更好的方法。能够这样做的原因还在于以下事实：能够以明显更少的付出来实施这种方法，因此导致成本更低。

为了获得更加精确的测量结果和/或为了获得适于待焊接工件16的环境条件的测量结果，测量设备30可以额外地包括容纳单元(未示出)，用于容纳传感器31。这就是说，焊炬10被设计用于以优选自动的方式容纳和固定所述容纳单元，接下来借助所述容纳单元容纳和固定传感器31。为此目的，当然将传感器31设置在合适的止动装置内，从而被所述容纳单元所容纳。

这种方法具有以下特别的优点：可以以相应于各个焊接工艺的方式，例如，通过将具有不同长度的若干容纳单元定位在测量设备30中，调节所述容纳单元使其适于焊炬10和工件16之间的距离。不用赘言，同样，可以通过合适地选择所述容纳单元在焊炬10上的固定位置来改变所述容纳单元的长度。

在已经将传感器31固定在焊炬10上用于测量气体性能之后，可以适当地沿着这一轮廓在待焊接的焊缝上前进。在本文中，适当地引起保护气体8逸出，从而使得能够如上文中所描述的那样测量所需的性能。这里获得的测量结果能够提供非常丰富的信息，因为测量条件是符合现实情况的并且针对质量分析也考虑了额外的因素，例如通风或者组件必需的气流公差。无需赘言，在测量设备30中也能够模拟这些因素，其中，这种对于真实测量条件的模拟将意味着需要付出更多的努力。

取决于所述容纳单元的设计，可以将测量结果暂时地存储在所述容纳单元中或者直接经由无线电模块将测量结果传送至评估单元32。对于暂时存储的测量结果，在所述容纳单元中相应地集成有存储器。在已经沿工件轮廓前进之后，再次将传感器31和所述容纳单元放置在清洁单元33上。为了现在能够从存储器中读取测量结果，例如当对评估单元进行定位时，建立与评估单元32的连接。在本文中，可以建立从现有技术的所有方法中已知的、用于传送测量结果的连接。

由于将本发明的测量设备30放置在外部，例如放置在清洁单元33中，因此提供合适的防止杂质的设备，特别是保护传感器31的设备是有利的。优选地，设置盖子，所述盖子在测量之后自动地覆盖传感器31，从而保护其不受灰尘、焊渣，等等的污染。例如，所述盖子是玻璃板，其通过旋转运动覆盖传感器31，并且暴露传感器31用于进行测量。根据本发明的包括压缩空气引导器42的实施方式，例如可以借助外壳44上的盖子来覆盖传感器31。

由于传感器31仅仅周期性地用于测量，因此可以利用间歇时间来清洁传感器31。优选地，利用闭合的盖子和压缩空气43进行清洁，从而吹走可能的污物残渣，所述污物残渣是在测量期间由逸出气体8从气体喷嘴27上剥离下来的。由于压缩空气43无论如何都会在测量期间在保护气体气氛28的边缘区域中造成气体逸出，因此在测量期间也自动地对传感器31进行了清洁。

在本文中，优选经由设置在传感器31周围的抽吸孔49除去污物，这一操作优选得到抽气机50的帮助，如图6所示。而且，抽气机50还优选用于抽出聚集在围绕传感器31的测量区域中的保护气体。这就是在接下来的测量中不再出现错误的原因。

同样，可以在测量期间激活抽气机50，从而防止逸出的保护气体8置换外部气氛29。例如，这将会导致不是空气中的氧气而是基本上保护气体8本身在湍流的情况下被吸入保护气体气氛28中，因此造成错误的测量结果。

根据本发明，保护气体的性能，例如氧气部分，基本上由焊炬10来测量，焊炬10垂直于表面39定位，因此也垂直于传感器31，其中根据焊接工艺来选择焊炬10与传感器31之间的距离。优选地，本发明与自动化焊接装置一起使用，即，机器人将焊炬10经由传感器31定位。机器人通过从现有技术中已知的工具中心点(TCP)来进行这一定位，所述工具中心点用作机器人运动的起点。这就是为什么需要TCP始终正确是重要的。从实践中还已知，TCP可能会由于焊炬10与工件16等的可能的碰撞或由于热冲击而移位。因此，例如周期性地检查TCP是有利的。根据本发明，通过测量保护气体的性能来实现这一特征。为此目的，将参考值存储在评估单元32中，将所述参考值与当前测量值进行比较。对于超出特定公差范围的特定差异的情况，表明TCP已经发生了移位并且必须对TCP进行校准，和/或控制设备4或机器人控制器必须考虑到这一差异。优选地，在对焊炬10和/或气体喷嘴27进行清洁之后进行上述操作，从而确保测量结果的偏差不是由于杂质而造成的。

例如，评估单元32还可以由焊接设备1的控制器4形成，或者评估单元32可以是焊接装置的高级控制器的一部分(焊接设备、机器人、送丝装置，等等)。评估单元32与传感器31还可以形成一个单元。

还可以设想，测量设备30在焊接装置的组件例如送丝装置或软管封装中对保护气体进行测量。在本文中，仅仅描述了在线保护气体测量，在与实施单个焊接工艺中相同的距离使用本发明的方法进行测量时，其结果的实用性略差。

Claims (47)

1.一种测量装置，用于通过分析从焊炬(10)的气体喷嘴(27)逸出的保护气体(8)来测量电弧焊接工艺中所使用的保护气体(8)，其中在外部测量设备(30)中布置有至少一个传感器(31)用于进行保护气体分析，其特征在于，所述至少一个传感器(31)距离所述焊炬(10)定位的距离(38)基本上等于所述焊炬(10)与焊接工艺中的工件(16)之间的距离(38)，从而能够模拟实际焊接工艺的保护气体(8)的选出和效果，并且所述至少一个传感器(31)连接至评估单元(32)，并且所述至少一个传感器(31)经由所述评估单元(32)连接至焊接设备(1)。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个传感器(31)被设计用于测量所述保护气体(8)的至少一个气体性能。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个传感器(31)由氧气传感器(31)组成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量设备(30)与用于测量保护气体的所述至少一个传感器(31)组合，所述至少一个传感器(31)具有用于所述焊炬(10)的易损部件的清洁单元(33)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个传感器(31)以可改变位置的方式布置在所述测量设备(30)中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的测量装置，其特征在于，设置用于容纳至少一个传感器的容纳单元。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述焊炬(10)能够容纳所述容纳单元，并且沿着真实工件的轮廓进行保护气体测量。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述容纳单元具有用于存储测量结果的存储器，并且当将所述容纳单元放回到所述测量设备(30)中的时候，所述存储器连接至所述评估单元(32)。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述容纳单元具有用于将测量结果传送给所述评估单元(32)的无线电模块。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述容纳单元适于所述焊炬(10)与根据焊接工艺的所述工件(16)之间的所述距离(38)。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的测量装置，其特征在于，围绕所述至少一个传感器(31)设置优选环形的装置(42)，用于引导压缩空气(43)。

12.根据权利要求11所述的测量装置，其特征在于，用于引导压缩空气(43)的所述装置(42)具有压缩空气室(45)，所述压缩空气室(45)设有用于所述压缩空气(43)的连接件(48)。

13.根据权利要求12所述的测量装置，其特征在于，用于引导压缩空气(43)的所述装置(42)具有活动环(46)，所述活动环(46)具有排气孔(47)，所述压缩空气(43)在限定的压力下经由所述排气孔(47)从所述压缩空气室(45)逸出，进入所述至少一个传感器(31)的方向。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的测量装置，其特征在于，在所述至少一个传感器(31)周围布置有至少一个抽吸孔(49)，所述抽吸孔连接至用于抽出所述保护气体(8)的装置(50)。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述测量设备(30)设有用于所述至少一个传感器(31)的盖子。

16.一种测量方法，用于通过分析从焊炬(10)的气体喷嘴(27)逸出的保护气体(8)来测量电弧焊接工艺中所使用的保护气体(8)，其特征在于，所述焊炬(10)定位在外部测量设备(30)上方，所述外部测量设备(30)具有用于分析保护气体的至少一个传感器(31)，其中，选择所述焊炬(10)与所述至少一个传感器(31)之间的距离(38)，使得其基本上等于所述焊炬(10)与焊接工艺中的工件(16)之间的距离(38)，并且，为了对所述保护气体(8)进行分析，使所述保护气体(8)从气体喷嘴(27)逸出，如同在焊接工艺中那样，并且，使用所述至少一个传感器(31)测量所述保护气体的效果并且在连接至所述传感器(31)的评估单元(32)中进行评估，从而能够模拟实际焊接工艺的保护气体(8)的逸出和效果。

17.根据权利要求16所述的测量方法，其特征在于，借助所述至少一个传感器(31)，通过测量所述保护气体(8)的至少一个气体性能，在保护气体气氛(28)的中心检测所述保护气体(8)的效果。

18.根据权利要求17所述的测量方法，其特征在于，将所述传感器(31)的中心点定位在所述焊炬(10)的延长轴线(41)上和/或定位在在所述焊炬(10)中延伸的焊丝(13)上，用于测量气体性能。

19.根据权利要求16-18中任一项所述的测量方法，其特征在于，借助所述至少一个传感器(31)，通过测量所述保护气体(8)的至少一个气体性能，在所述保护气体气氛(28)的边缘区域检测所述保护气体(8)的效果。

20.根据权利要求19所述的测量方法，其特征在于，以限定的方式通过压缩空气(43)来置换所述保护气体气氛(28)，用于测量气体性能，从而能够通过所述至少一个传感器(31)来置换所述保护气体气氛(28)的边缘区域。

21.根据权利要求20所述的测量方法，其特征在于，使压缩空气(43)从排气孔(47)选出，并且逐步增加压力。

22.根据权利要求20或21所述的测量方法，其特征在于，选出的所述压缩空气(43)绕所述保护气体气氛(28)旋转，从而所述保护气体气氛(28)的整个部分通过所述至少一个传感器(31)逐渐地被置换。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述焊炬(10)以基本上环形的方式围绕传感器(31)运动，其中环形运动的中心点由所述传感器(31)的位置形成。

24.根据权利要求23所述的测量方法，其特征在于，使用具有不同半径的所述焊炬(10)能够实施围绕所述传感器(31)的若干环形运动。

25.根据权利要求19-24中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述焊炬(10)以基本上十字交叉的方式绕传感器(31)运动，其中所述十字交叉运动的中心点由所述传感器(31)形成。

26.根据权利要求16-25中任一项所述的测量方法，其特征在于，使用传感器(31)来测量若干气体性能。

27.根据权利要求16-25中任一项所述的测量方法，其特征在于，使用单独的传感器(31)来测量保护气体(8)的每种性能。

28.根据权利要求27所述的测量方法，其特征在于，传感器(31)由氧气传感器(31)形成。

29.根据权利要求16-28中任一项所述的测量方法，其特征在于，在限定数量的焊接焊缝后，对气体性能进行测量。

30.根据权利要求16-29中任一项所述的测量方法，其特征在于，在对所述焊炬(10)的易损部件进行清洁之后进行测量。

31.根据权利要求16-30中任一项所述的测量方法，其特征在于，在对所述焊炬(10)的易损部件进行清洁之前和之后进行测量。

32.根据权利要求16-31中任一项所述的测量方法，其特征在于，将当前检测到的气体性能与所述评估单元(32)的存储器中的那些数据进行比较，所述评估单元(32)的存储器中的那些数据以存储的、适于焊接工艺的参考值的形式存在。

33.根据权利要求32所述的测量方法，其特征在于，基于所述焊炬(10)的位置、所测量的保护气体效果，以及相应的参考值之间的相互关系，控制所述焊炬(10)的起点，即所谓的工具中心点(TCP)。

34.根据权利要求16-33中任一项所述的测量方法，其特征在于，在所述评估单元(32)和所述焊接设备(1)之间进行数据的交换。

35.根据权利要求16-34中任一项所述的测量方法，其特征在于，在每次测量之后，将检测到的气体性能存储在所述评估单元(32)中，从而能够进行趋势分析。

36.根据权利要求16-35中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述焊炬(10)容纳连接至所述至少一个传感器(31)的容纳单元，并且沿真实工件的轮廓在所述焊炬(10)与根据焊接工艺的所述工件(16)之间前进距离(38)。

37.根据权利要求36所述的测量方法，其特征在于，以在焊接工艺中合适的速率沿工件的轮廓前进。

38.根据权利要求36或37所述的测量方法，其特征在于，将所述保护气体的测量结果存储在所述容纳单元中的存储器内，并且当把所述容纳单元放回所述测量设备中时，将测量结果自动地从所述存储器传送至所述评估单元(32)。

39.根据权利要求36-38中任一项所述的测量方法，其特征在于，将所述保护气体的测量结果经由布置在所述容纳单元内的无线电模块传送至所述评估单元(32)。

40.根据权利要求16-39中任一项所述的测量方法，其特征在于，自动地从所述评估单元(32)的结果得到有关所进行的焊接工艺的质量的结论，并且对气体性能的质量进行控制，用于接下来的焊接工艺。

41.根据权利要求16-40中任一项所述的测量方法，其特征在于，对气体的性能，例如，氧气部分、氮气部分、二氧化碳部分、气体温度、逸出速率、湿度、气体压力、气体密度、质量流量和/或体积流量等等，进行测量和评估。

42.根据权利要求40或41所述的测量方法，其特征在于，通过测量并且评估所述保护气体的氧气部分，自动地得出有关所述气体喷嘴(27)的杂质的结论。

43.根据权利要求40-42中任一项所述的测量方法，其特征在于，通过测量和评估至少是所述保护气体(8)的气体压力和速率，自动地得出有关更换易损部件之后正确的气体喷嘴(27)的使用的结论。

44.根据权利要求40-43中任一项所述的测量方法，其特征在于，通过测量所述保护气体(8)的温度，自动地得出有关所述焊炬(10)的冷却回路的作用的结论。

45.根据权利要求40-44中任一项所述的测量方法，其特征在于，通过测量所述保护气体(8)的温度，自动地得出有关软管封装和所述焊炬(10)的温度的结论。

46.根据权利要求40-45中任一项所述的测量方法，其特征在于，通过测量所述保护气体(8)的湿度，自动地得出有关待焊接焊缝中的孔以及已焊接焊缝的结论。

47.根据权利要求40-46中任一项所述的测量方法，其特征在于，通过测量所述保护气体(8)的组分的质量流量，自动地得出有关所述保护气体(8)的缺陷组分的结论。

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